Ingénieur d Etat Arts et Métiers

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1 PROJET INDUSTRIEL DE FIN D ETUDES Présenté Pour l obtention du titre : Ingénieur d Etat Arts et Métiers Par : BZIZI Youssef & DERFOUFI Mohammed Titre: Amélioration de la ligne de moulage de pain de sucre À l usine «Pain Pack» Cosumar, Maamoura, Casablanca Jury : M. J. SABOR.Encadrant Académique (ENSAM) M. A. ALAOUI.. Parrain industriel (Cosumar) M. M. MOUQUALID...Rapporteur (ENSAM) M. M. SALLAOU..Examinateur (ENSAM) Année universitaire 2012/2013 PIFE N

2 Remerciement Au terme de ce travail, nous tenons à remercier chaleureusement : Notre Encadrant et enseignant, Monsieur Jalal SABOR, professeur à l école nationale supérieure d arts et métiers, pour ses conseils précieux et sa présence tout au long de notre stage. Messieurs SALLAOU et MOUQUALID, professeurs à l école nationale supérieure d arts et métiers, à qui nous devons nos reconnaissances et notre profond respect. Nos maitres de stage Monsieur ALAOUI, chef de conditionnement à l usine «PAIN PACK Maamoura» et Mr. HYNINI, Respnsable de la gestion du stock à la direction de la maintenace pour leur hospitalité et leur encadrement durant la période de notre stage. Aux membres du jury qui ont pris la peine de juger la qualité de ce travail et qui ont permis de l enrichir par leurs critiques et leurs remarques. Nos vifs remerciements vont également à tout le personnel de la COSUMAR et ceux qui ont attribué de près ou de loin pour la réalisation de ce travail. Nous remercions l ensemble des enseignants, administrateurs de l ENSAM-Meknès, et tout particulièrement Monsieur le directeur de l école M.BOUIDIDA et Monsieur le directeur adjoint Y.BENGHABRIT.

3 Résumé La consommation nationale en matière de sucre a connu depuis le siècle dernier une augmentation remarquable à cause de la croissance du besoin de sa clientèle qui évolue jour après jour, sous cette vision la société Cosumar s'est précipité à mettre un plan stratégique du développement de la compagnie. Dans le but de participer à ce développement, notre projet de fin d études consiste à l amélioration du fonctionnement de la ligne de production de pain de sucre à l usine «PAIN PACK». Dans cette perspective, les axes prioritaires étaient : L élaboration de l état d art de la machine de moulage de pain de sucre Création de deux produits, accessoires de la machine : o Le premier pour le nettoyage de l axe de translation afin de se débarrasser des dépôts de sucre o Le deuxième est un nettoyeur des cylindres de pesage de sucre Maintenir le niveau de l humidité à l intérieur des microondes Commande et supervision des nouveaux produits Etude de rentabilité et justification financière du rendement

4 Abstract Since 1929, The Company Cosumar took the responsibility of producing and delivering Sugar products for all Moroccan territory. Now Cosumar group is a lead upstream sugar aggregator and contributes to the development of sugar sector. The following project is made to explain the weakness parts in the process responsible of producing sugar on loaf form at the factory Pain Pack. Indeed, we were followed by a number of steps on this project which are: Analyze the current state and study the faults appears in the molding process Identify the problems and propose solutions for amelioration Study and design the adapted solutions Set up the control program and design the supervision interface Make an economical study

5 ملخص : تعرف السوق المغربية ارتفاعا متزايدا في استهالك السكر باعتباره مادة اولية ال غنى عنها و تحت هذا الضغط كان واجبا الرفع من انتاجها من اجل سد حاجات السوق و توفيرها للزبائن على الصعيد الوطني. في هذا المنظور يأتي هذا المشروع لدراسة االسباب و البحت عن الحلول الكفيلة بتحسين خط انتاج قالب السكر و الرفع من مردو ديته كاالتي : الخطوات المتبعة ال نجاز هذا المشروع هي تحليل للحالة اآلنية و إعداد دراسة ألشكال العجز. كشف المشاكل و اقتراح الحلول. دراسة الحلول المقترحة و تحديد أبعادها. إعداد دراسة اقتصادية.

6 Abréviation et acronymes : COSUMAR : Compagnie sucrière marocaine. FAO : Food and Argriculture Organization AMDEC : Analyse des modes de défaillance, de leurs effets et de leur criticité FAST : Function Analysis System Technique 3D : Trois Dimensions CATIA : Conception Assistée Tridimensionnelle Interactive Appliquée API : Automate Programmable Industriel E/S : Entrées/Sorties EEPROM : Electrical Erasable Programmable Read Only Memory TOR : Tout Ou Rien CPU : Central Processing Unit GRAFCET : Graphe Fonctionnel de Commandes Étapes-Transitions P.R : Pièces de rechange

7 Liste de figures : Figure I-1 : Organigramme de la COSUMAR Figure I-2: Chiffre clés Figure I- 3 : Procédé de raffinage de sucre Figure I-4 : Organigramme de la ligne de moulage Figure I-5 : Partie opérative de la KAUTZ... 6 Figure I-6 : Partie fonctionnelle de la KAUTZ Figure I-7 : Cycle de fonctionnement de la KAUTZ... 8 Figure I-8 : Mélangeur Figure I-9 : Pré-compression Figure I-10 : Cylindre de Dosage Figure I-11 : Axe linéaire Figure I-12 : Station Grappin.. 11 Figure I-13 : Système de lavage des moules Figure I-14 : Diagramme de Gantt.. 13 Figure II-1 : SADT A Figure II-2 : SADT A Figure II-4 : Groupe de travail 18 Figure II-6 : Réseau de transport de palette.. 20 Figure II-7 : Cumul de sucre sur l axe linéaire. 21 Figure II-8 : Cylindre de dosage Figure II-9 : Micro-ondes.. 23 Figure II-10 : Magnétron et plaque de redressement Figure.III.1: diagramme Bête à corne Figure. III.2 : Diagramme pieuvre Figure III.5 : diagramme FAST Figure. III.6 : Dessin 3D du Système de nettoyage de l axe linéaire...32

8 Figure.III.7 : Dessin 3D du système de nettoyage des cylindres de pesage Figure.III.8 : Schéma cinématique de la liaison glissière...36 Figure.III.9 : Description du déplacement maximal en translation...37 Fig.III.10 : Phénomène d arc-boutement...37 Figure III.11. : Armoire de commande existante..39 Figure III.12 : Relais d interface 24V Figure III.13 : bloc d alimentation de la marque siemens...41 Figure III.14. : CPU 313C de la marque Siemens..42 Figure III.15 : Carte d E/S de la marque Siemens 42 Figure III.16 : Hygrostat réglable Figure III.17 : Résistance chauffante 43 Figure IV.1 : Architecture de commande et supervision. 46 Figure IV.2 : Grafcet niveau 1 du système de nettoyage de l axe linéaire..49 Figure IV.3 : Mise en équation de l étape n...50 Figure IV.4 : Mise en œuvre de Grafcet de système de nettoyage de l axe linéaire.. 51 Figure IV.5 : les différents composants pour la commande d une machine Figure IV.6 : configuration matériel dans STEP7 53 Figure IV.7 : programmation du système de nettoyage de l axe linéaire...55 Figure IV.8 : écran de supervision du système de nettoyage de l axe linéaire...56 Figure IV.9 : écran de supervision du système de nettoyage des cylindres de pesage..56 Figure V.1 : Graphe de consommation des magnétrons. 62 Figure V.2 Graphe de consommation des transformateurs 63 Figure V.3 Graphe de consommation des condensateurs.. 64

9 Liste des tableaux : Tableau II-3 : Facteur de criticité Tableau II-5 : Tableau de criticité Tableau II-6 : Effets de sucre sur l axe linéaire...21 Tableau. III.1 : tableaux des Fonctions Tableau III-2 : Tableau des poids de criticité Tableau III-3 : Score des solutions Tableau III.4 : les capteurs du système de nettoyage de l axe linéaire Tableau III.5 : les actionneurs du système de nettoyage de l axe linéaire...33 Tableau III.6 : Avantages et inconvénients des diverses solutions.. 35 Tableau III.7 : les capteurs du système de nettoyage des cylindres de pesage de sucre Tableau III.8 : les actionneurs du système de nettoyage des cylindres de pesage de sucre.39 Tableau V.1: nombre de palette de pains non conforme Tableau V.2 : consommation mensuelle des magnétrons Tableau V.3 : consommation mensuelle du transformateur.. 62 Tableau V.4 : consommation des condensateurs du redressement Tableau V.5 : manque à gagner total mensuel (axe linéaire) 64 Tableau V.6 : charges d exploitation des matériels(système de nettoyage axe linéaire). 65 Tableau V.7charge de la main d œuvre (système de nettoyage axe linéaire).. 66 Tableau V.8 cout totale d exploitation (système de nettoyage axe linéaire)...67 Tableau V.9 charge d exploitation matériel (système de nettoyage cylindre pesage) Tableau V.10 charge de la main d œuvre (système de nettoyage cylindre pesage) 67 Tableau V.11cout total du projet(système de nettoyage cylindre pesage)..67 Tableau V.12charge d exploitation du matériels (microonde) Tableau V.13charge de la main d œuvre(micro-onde)....68

10 Sommaire : Chapitre I: Présentation de la ligne de moulage de pain de sucre I. Présentation de l organisme d accueil :... 1 I.1 Présentation de la COSUMAR... 1 I.2 LA raffinerie... 2 I.3 Le Procédé de raffinage du sucre... 2 II. Présentation de la ligne de moulage de Pain de sucre :... 3 II.1 L état d art de la ligne de production de pain de Sucre:... 3 III. Description de la mouleuse KAUTZ :... 6 III.1 Fonctionnement de la mouleuse de pain de Sucre :... 6 III.2 processus de fonctionnement :... 8 III.2.1 Partie préparation :... 9 III.2.2.Partie production : IV. Présentation du projet : IV.1 Problématique: IV.2 Démarche: IV.3 Déroulement du projet Conclusion : Chapitre II : Analyse des modes de défaillance de la ligne de moulage I. Décomposition fonctionnelle : I.1 la méthode SADT: I.2 Principe : I.3 Représentation graphique (Actigramme) : Interprétation : II. Etude de la défaillance: II.1 Définition II.2 AMDEC-processus II.3 Mise en œuvre II.4 Identification du processus II.5 Groupe du travail : II.6 Etude qualitative de la défaillance : II.7 Etude quantitative de la défaillance :... 19

11 II.8 Résultats : III. Description de situation actuel III.1 Description du circuit de transport de palette III.1.1 SITUATION ET RÔLE : III.1.2 ETAT ACTUEL : III.2 Système de dosage de sucre : III.2.1 SITUATION ET RÔLE : III.2.2 ETAT ACTUEL : III.3 Micro-ondes III.3.1 SITUATION ET RÔLES : III.3.2 ETAT ACTUEL : Conclusion : Chapitre III: Proposition des solutions pour la ligne de production I. Analyse fonctionnelle : I.1 généralité : I.2 Mise en évidence du but : Méthode «bête à corne» I.3 Définition des Milieux extérieurs : I.3.1. Diagramme de pieuvre : I.3.2 nomenclature des fonctions : I.4 Recherche des solutions : I.4.1. Diagramme FAST (Function Analysis System Technique) II. Dimensionnement et choix technique des composantes : II.1 Nettoyage de l axe linéaire : II.1.1 Cahier de charge : II.1.2 Proposition des solutions : II.1.3 Les critères de choix : II.1.4 Choix de la solution : II.1.5 Description de la solution adoptée : II.1.6 Dimensionnement et choix des composants : II.2 Système de nettoyage des cylindres de pesage : II.2.1 Cahier des charges : II.2.2 Propositions des solutions : II.2.3. choix de la solution :... 35

12 II.2.4 description de la solution adoptée : II.2.5.dimmensionnement et choix des composantes : Déplacement maximal en translation II.3 Partie électrique : II.3.1 Présentation de l armoire de commande existante : II.3.2.choix des composantes électriques pour les nouveaux systèmes : II.3.3 Choix de l unité de commande : II.1.3 Gestion thermique à l intérieure de l armoire des microondes : Conclusion : Chapitre IV: Reprogrammation et interface de supervision I. Architecture de commande et supervision (SCADA) II. GRAFCET: Graphe Fonctionnel de Commande Etapes-Transitions : II.1 Grafcet du système de nettoyage de l axe linéaire : II.1.1 Principe de fonctionnement : II.2 Mise en équation de GRAFCET : III. Reprogrammation de l API : III.1 Logiciel de programmation STEP 7: III.2 Configuration matériel : IV. Conception de l interface de supervision : IV.1 Principe : IV.2 Logiciel de supervision WinCC : III.3 Interface de supervision : Conclusion : Chapitre V: Etude économique du projet I. Manque à gagner : I.1 Manque à gagner pour l axe linéaire : Manque à gagner en heures Manque à gagner en Dirhams I.2 Manque à gagner pour le système pesage de sucre : Manque à gagner en dirhams I.3 Manque à gagner pour les micro-ondes : Consommation des magnétrons Consommations des Transformateur :... 62

13 Consommation des condensateurs de redressements : I.4 Le manque à gagner total : II. Budget d investissement : II.1 système de nettoyage de l axe linéaire : Le coût du projet : II.2 système de nettoyage des cylindres de pesage : Ressources matérielles : Ressources matérielles : Le coût du projet : II.2 -Régulation de l humidité des micro-ondes : Ressources matérielles : Ressources humaines : Le coût du projet : Conclusion... 68

14 Introduction générale La filière sucrière nationale revêt une place stratégique grâce à sa contribution dans la sécurité alimentaire du pays en matière de sucre, à la création d emplois dans les domaines agricole et industriel, à l émergence de pôles de développement régionaux, en plus de sa contribution dans l amélioration des revenus des agriculteurs et le développement de l élevage laitier. Le besoin nationale en matière de sucre augmente jour après jour, et pour satisfaire ses clients en termes de prix/délai/qualité/service le réseau Cosumar met en œuvre un réseau d activité qui couvre l approvisionnement, la production et la distribution. Dans cette perspective, notre projet de fin d études au sein de la compagnie sucrière marocaine «COSUMAR» a ciblé comme buts finals : l amélioration de processus de fabrications, en gardant sur sa ligne de mire la productivité comme contrainte majeure. Pour cette raison le thème choisi dans notre projet est l amélioration de la ligne de moulage de pain de sucre. Afin de cerner cette problématique et pour atteindre les objectifs tracés, nous avons scindé le présent travail en cinq chapitres : Le premier chapitre sera consacré à la présentation de l organisme d accueil, ses activités, et introduire le thème de projet. Le deuxième chapitre comportera une analyse de la défaillance de la mouleuse de pain de sucre «KAUTZ». Le troisième propose les solutions possibles pour l amélioration. Le quatrième chapitre est dédié à l implantation des systèmes conçus dans le processus de production. Enfin le dernier chapitre se comporte sur une étude de rentabilité du projet.

15 Présentation de la ligne de moulage de pain de sucre Chapitre I : Présentation de la ligne de moulage de pain de sucre 0 Projet industriel de fin d études

16 Présentation de la ligne de moulage de pain de sucre Dans le présent chapitre, nous allons exposer l environnement général dans lequel s est déroulé notre projet, après nous allons présenter d une manière détaillée le cycle de production de pain et les éléments qui interviennent pour réaliser un produit conforme capable de générer des profits. I. Présentation de l organisme d accueil : I.1 Présentation de la COSUMAR Cosumar est l opérateur sucrier marocain de référence, présent sur le territoire national à travers ses deux métiers : la production de sucre à partir de la récolte nationale de betterave et de canne à sucre d une part, et le raffinage à partir de sucre brut importé d autre part. Avec une capacité de production installée de 1,6 millions de tonnes de sucre par an, Cosumar est le 3e producteur de sucre sur le continent africain. Véritable moteur œuvrant pour une meilleure compétitivité de la filière sucrière marocaine, Cosumar est le pionnier national de l agrégation agricole. Il entretient à cet égard une relation de partenariat avec près de agriculteurs et leurs familles dans les régions de Doukkala, Gharb, Loukkos, Tadla et Moulouya. Ce rôle a été primé par l Organisation des Nations Unies pour l Alimentation et l Agriculture (FAO) en Par ailleurs, la société est un acteur industriel majeur avec une usine de raffinage à Casablanca et 7 sucreries réparties sur le territoire national. A ce titre, la société a engagé depuis 2005 près de 5,5 milliards de dirhams d investissements tant pour la mise à niveau des sucreries que pour l extension des capacités de raffinage. Fort de sa relation privilégiée avec les agriculteurs, de son dispositif de production, et de l expertise et du savoir-faire d un capital humain de près de femmes et hommes, Cosumar assure l approvisionnement du marché national en sucre.[1] Figure I.1 : Organigramme du groupe COSUMAR 1 Projet industriel de fin d études

17 Présentation de la ligne de moulage de pain de sucre Le chiffre d affaire ainsi que les résultats des investissements sont présentés dans le tableau (Figure I.2). Figure I.2 : Chiffres clés I.2 LA raffinerie La raffinerie fonde son métier sur 3 principales activités: L extraction du sucre à partir des plantes sucrières: canne et betterave à sucre Le raffinage du sucre brut importé Le conditionnement sous différentes variétés I.3 Le Procédé de raffinage du sucre Le sucre brut constitue la matière première de la raffinerie, il est stocké dans des grands magasins «silo» dont la capacité est de tonnes. Ce sucre sera transféré vers la station d affinage grâce à des transporteuses de sucre brut. Le sucre est conduit par d autres bandes transporteuses vers deux balances pour le peser, puis en direction d un tamis et d un aimant pour isoler les grosses impuretés et enfin vers la station d affinage. Le raffinage est le procédé qui permet d obtenir à partir d un sucre brut, un sucre raffiné de haute pureté. Au cours du raffinage, certains nombres d opérations consistent à : Eliminer les impuretés (externes) des cristaux, pour obtenir un sucre affiné aussi pur et aussi décoloré que possible, c est l affinage. Retirer les impuretés incluses dans le réseau cristallin de sucre brut, c est la clarification ou l épuration. 2 Projet industriel de fin d études

18 Présentation de la ligne de moulage de pain de sucre Réduire le maximum de la coloration par un adsorbant (échange d ions), c est la décoloration sur résines. L image suivant présente le cycle de raffinage de sucre brut : Figure I.3 : procédé de raffinage de sucre II. Présentation de la ligne de moulage de Pain de sucre : Le sucre préparé dans le site de raffinage est acheminé ensuite à l usine «PAIN PACK» à travers un tunnel de transport. Dans cette usine, le sucre granulé passe dans un processus de fabrication pour le mettre sous forme de pain. II.1 L état d art de la ligne de production de pain de Sucre: La fabrication de pains de sucre à partir de la matière première (sucre granulé) se fait au cours de plusieurs opérations successives et complémentaires intervenant dans le processus de moulage: (Figure I.4) Traitement et préparation de la matière première : La partie préparation consiste à garder un pourcentage d eau dans le sucre, le malaxer et le comprimer avant d être moulé. 3 Projet industriel de fin d études

19 Présentation de la ligne de moulage de pain de sucre Partie production : moulage Le moulage, c est le procédé de la mise en forme de pain le sucre granulé. Le poids net du pain est de l ordre de 2000 grammes. Déplacement des palettes Le déplacement des pains entre les différents postes de l usine est réalisé par un réseau de transport de palette, chaque palette comporte quatre-vingt pains de sucre. Séchage : Le séchage se fait par l agitation des molécules d eau dans un temps de 125s à l aide de deux micro-ondes, la température des pains à la sortie doit être entre 90C et 95C. Refroidissement Le refroidissement et la maturation des pains, sont réalisé dans des tunnels de refroidissement à l aide de 3 voies de transport. L habillage Le sucre mature est maintenant prêt à l habillage et le revêtement, cette mission est confiée à la machine «Flottman». L emballage Le cycle s achève par l emballage des pains dans la machine «Meypack» dans des cartons de 8 pains. L organigramme suivant explique le processus de moulage de sucre: 4 Projet industriel de fin d études

20 Présentation de la ligne de moulage de pain de sucre Kautz 5 Figure I.4 : Organigramme de la ligne de moulage Projet industriel de fin d études

21 Présentation de la ligne de moulage de pain de sucre III. Description de la mouleuse KAUTZ : III.1 Fonctionnement de la mouleuse de pain de Sucre : La figure suivante présente la partie opérative de la KAUTZ : Récipient de pesage Mélangeur Vérin de Précompression Récipient de pré -compression Silo à sucre Vérin compression Chaine de cadence Dissolveur Vérin de dépôt Réservoir de stockage Figure I.5 : Partie opérative de la machine (KAUTZ) 6 Projet industriel de fin d études

22 Présentation de la ligne de moulage de pain de sucre La mouleuse est le cœur de l usine PAIN PACK est responsable de la partie de traitement et de la production de pain de sucre à l aide de plusieurs organismes fonctionnels. L organigramme suivant décrit les éléments principaux de la KAUTZ : Figure I.6 : Partie fonctionnelle de la KAUTZ 7 Projet industriel de fin d études

23 Présentation de la ligne de moulage de pain de sucre III.2 processus de fonctionnement : L organigramme ci-dessous décrit le processus de production de pain de sucre : Sucre granule Remplissage trémie à sucre Eau Pesage sucre Préparation sirop Préparation mélange Pré-compression Eau &Air Dosage Compression Nettoyage moule Démoulage Démoulage d urgence Séchage Refroidissement Non PAIN BON? Rejet liquide Rebuts Oui Rebuts Emballage 8 Figure I.7 : Cycle de fonctionnement de la machine KAUTZ Projet industriel de fin d études

24 Présentation de la ligne de moulage de pain de sucre III.2.1 Partie préparation : Mélangeur : Le mélange (Figure I.8) se fait en quatre étapes principales qui sont : - remplissage de sucre - dosage sirop (vis à vis le pourcentage de l humidité demandé) - mélange (motoréducteur) - vidange Figure I.8 : mélangeur Pré-compression : Les vérins à riposter avancent jusqu'à leurs fin de course, les vérins de compression avancent à leurs tour pour comprimer le sucre jusqu'à atteindre une pression de 140bars ensuite les vérins à riposter reculent pour que les vérins de compression puissent continuer leur course et vider le sucre pré comprimé dans le bac de dosage (Figure. I.9). Vérin de précompression Récipient de précompression Figure I.9 : vérin de Pré-compression 9 Projet industriel de fin d études

25 Présentation de la ligne de moulage de pain de sucre III.2.2.Partie production : Dosage : Quand les balances sont vides, les moteurs des vis dosent le sucre vers les balances à deux vitesses pour la précision du poids, la rotation des vis s arrêtent quand le poids atteint 2000g, les trappes s ouvrent pour le vidange du sucre dans les moules (Figure I.10). Cylindre de dosage Les trappes Cylindre de pesage Figure I.10 : Cylindre de dosage Compression La compression est la partie qui nous permet d obtenir la forme de pain. Quand les moules sont en position les vérins de clavette avancent pour fixer et centrer le véhicule ensuite le vérin de compression descend, une fois arrivé au premier capteur la vitesse se réduit pour comprimé le sucre qui est dans les moules jusqu'à sa fin de course puis il monte a sa position initial enfin les vérins pour clavette reculent pour permettre la rotation de la chaîne de cadence. Axe linéaire L axe linéaire est l élément qui est responsable du déplacement de la palette, quand celle-ci est déposée par la translation transversale le vérin pousseur la pousse jusqu'au stoppeur, l axe linéaire se met en position d admission les vérins de l axe montent pour attraper la palette et la déplacer sous les moules a des positions précises pour l opération de dépose puis il retourne à sa position initiale, ensuite la palette conduit vers les microondes pour le séchage des pains (Figure I.11). 10 Projet industriel de fin d études

26 Présentation de la ligne de moulage de pain de sucre Figure I.11 : Axe linéaire Grappins : Il permet de décharger des pains de sucre de la palette grâce à des pinces mobiles, vers la machine d habillage. Figure I.12 : station Grappin Lavage et nettoyage des moules. Pour s assurer de la bonne qualité des moules, et qu ils ne contiennent aucune impureté ou des résidus, il faut les nettoyer avec un jet de eau-air. 11 Projet industriel de fin d études

27 Présentation de la ligne de moulage de pain de sucre Figure I.13 : Système de lavage des moules IV. Présentation du projet : IV.1 Problématique: Actuellement la ligne de moulage présente certains problèmes qui influencent sur la production à savoir : 12 Taux de rebuts très grand (jusqu à 5%) Des temps d arrêts très importants Cout élevé de la maintenance D où il faut proposer des solutions pour remédier à ces problèmes afin d atteindre les objectifs souhaités par la société. IV.2 Démarche: Pour résoudre cette problématique, nous allons traiter successivement les points suivants : justification du projet, par la méthode AMDEC Processus. ensuite une analyse fonctionnelle pour la recherche des solutions. Apres, nous allons étudier les solutions et dimensionner ses différents composants. Reprogrammation et création de l interface de supervision. Projet industriel de fin d études

28 Présentation de la ligne de moulage de pain de sucre Etablissement d une étude économique pour estimer la rentabilité du projet. IV.3 Déroulement du projet Avant de commencer et pour un bon déroulement de notre projet, nous nous sommes amenés à le planifier, toute en utilisant un outil informatique à savoir MS-Project. (Figure I.14) montre la planification de notre travail. Figure I.14 : Diagramme de Gantt Conclusion : Après une étude détaillée de la machine, ses différentes caractéristiques et son principe de fonctionnement, nous allons passer dans le chapitre suivant à appliquer la méthode SADT sur la ligne de production, puis faire une analyse AMDEC afin d évaluer l état actuel, déduire les problèmes critiques qui surviennent et les évaluer en leur attribuant des indices de criticités. 13 Projet industriel de fin d études

29 Analyse des modes de défaillance de la ligne de moulage Chapitre II : Analyse des modes de défaillance de la ligne de moulage 14 Projet industriel de fin d études

30 Analyse des modes de défaillance de la ligne de moulage Ce chapitre sera consacré à l étude des défaillances de la machine «KAUTZ», afin de déterminer ses problèmes critiques. Pour cela, nous allons se servir de trois outils d analyse : Outil de décomposition SADT Analyse de la défaillance : Méthode AMDEC I. Décomposition fonctionnelle : I.1 la méthode SADT: Il s'agit d'un outil d'analyse descendante d'un système, qui permet une étude progressive : du global, vers le détail. La méthode appliquée industriellement est un outil de communication entre des personnes d'origines différentes. Il permet la description dans un langage commun, c est la vision de synthèse qu'ils ont d'un même projet. I.2 Principe : La méthode SADT est une méthode graphique qui part du général pour aller au particulier. Elle permet de décrire des systèmes où coexistent des flux de matières d'œuvre (produits, énergies et informations). Elle s'appuie sur la mise en relation de ces différents flux avec les fonctions que remplit le système. I.3 Représentation graphique (Actigramme) : Le modèle de représentation prend la forme d'actigramme, rectangles basés sur les activités ou les fonctions du système. La fonction globale assurée par la machine est «moulage Pain» cette machine est prolongée dans un milieu dans lequel certains flux s établissent : Flux de produit entrant : c est le sucre granulé Flux de produit sortant : c est le Pain de sucre Flux d informations : ce sont l ensemble des informations échangés entre l operateur et la machine (ampérage, densité, débit pression ) ; Flux d énergie : c est la source d énergie extérieur, il s agit ici de l énergie électrique, pneumatique, et hydraulique ; Flux de déchet : Rebuts W : Energie R : Réglages E : Configuration, paramètres 15 Projet industriel de fin d études

31 Analyse des modes de défaillance de la ligne de moulage C : Exploitation, marche et arrêt. Niveau 0 de l Actigramme : Figure II.1 : SADT A-0 Niveau détaillé A0 : Figure II.2 : SADT A0 Interprétation : La décomposition élémentaire de la machine est représentée en Annexe II.1 (Figure II.3) 16 Projet industriel de fin d études

32 Analyse des modes de défaillance de la ligne de moulage II. Etude de la défaillance: II.1 Définition L AMDEC est une méthode d analyse des systèmes utilisée pour l étude systématique des causes des défaillances et des effets qui peuvent affecter les composants de ce système. Plus généralement elle permet : D évaluer les effets de chaque défaillance des composants d un système sur les différentes fonctions de celui-ci et la conséquence pour l utilisateur. D identifier les modes de défaillance des différentes fonctions ayant des effets notoires sur la disponibilité, la fiabilité, la maintenabilité et la sécurité de ce système. De mettre en œuvre les actions correctives nécessaires pour maîtriser les risques qui en découlent. II.2 AMDEC-processus Pour bien comprendre le fonctionnement et les pannes potentielles de processus, on a fait appel à la méthode AMDEC et particulièrement on a utilisé une AMDEC-processus applicable à des processus et automatismes. Elle est utilisée pour analyser et évaluer la criticité de toutes les défaillances potentielles d un produit engendrées par son processus. Elle peut aussi être utilisée pour des postes de travail. [2] II.3 Mise en œuvre Notre étude va porter sur le processus de moulage de pain sucre. Nous allons le décomposer en sous-systèmes et par la suite nous allons élaborer une grille AMDEC. Selon les valeurs de criticité obtenues, nous allons décider quelles sont les actions correctives à mener. II.4 Identification du processus La machine KAUTZ est le cœur de l usine «Pain pack» de fabrication de pain de sucre, elle permet de produire les pain de sucre dès la matière première «sucre granulé» jusqu à la mise en forme finale «pain». La KAUTZ est un processus contenant plusieurs parties fonctionnelles et dépendantes les unes aux autres, à savoir : Station de préparation et traitement de sucre 17 Projet industriel de fin d études

33 Analyse des modes de défaillance de la ligne de moulage Chaine de cadence, dont la fonction est le moulage et la mise en forme du pain de sucre Système de lavage et nettoyage des moules transport des palettes Micro-onde WMT II.5 Groupe du travail : Le groupe du travail se compose généralement des membres qui sont en contact avec la machine, Ces éléments et leurs fonctions sont énumérés dans la Figure II.4. Le groupe de travail est composé de : Mr.DERFOUFI CHEF DE PROJET Mr.BZIZI CHEF DE PROJET Mr.Alaoui Responsable de la production Mr.Rhilan chef de poste Mr.hiani responsable de la maintenance Figure II.4 : Groupe de travail II.6 Etude qualitative de la défaillance : Cette étude consiste à définir les différentes défaillances possibles, à définir leurs modes, à identifier les effets relatifs à chaque mode de défaillance, à analyser et à trouver les causes possibles et les causes les plus probables. Pour remplir la grille AMDEC nous nous sommes basés sur l historique du service maintenance plus un contrôle et observation du fonctionnement qui ont duré 10 jours. Les fiches de contrôle sont en Annexe II.2 (Tableau II.1). Grille AMDEC Annexe II.3 (Tableau II.2). 18 Projet industriel de fin d études

34 Analyse des modes de défaillance de la ligne de moulage II.7 Etude quantitative de la défaillance : Il s agit d une estimation de l indice de criticité du tri cause-mode-effet de la défaillance potentielle étudiée selon certains critères. Plusieurs critères peuvent être utilisés pour déterminer cet indice. Souvent dans la pratique on considère qu une défaillance est beaucoup plus importante si : Ses conséquences sont graves. Il se produit souvent. Il se produit et on risque de ne pas la détecter. Dans la pratique on attribue trois notes, chacune sur une échelle de 1 à 5, pour chaque trio cause-mode effet : La note G gravité de l effet : conséquence sur client/produit/utilisateur. La note O la probabilité d occurrence : fréquence d apparition. La note D la probabilité de non détection : le risque de non détection. L indice de criticité s obtient en multipliant les trois facteurs précédents soit celle de la gravité, de la probabilité d occurrence ou de non-détection. Le tableau II.3 montre une pondération des facteurs de criticité selon leur influence : Cotation Gravité G Occurrence O Non-détectivité D 1 Mineure Très faible Détection à coup sûr 2 Significative Faible Détection possible 3 Moyenne Moyenne Détection improbable 4 Majeure Forte Indétectable 5 Catastrophique Tableau II.3 : Facteurs de criticité Désormais on va attribuer à chaque partie du système de production son indice de criticité, pour mieux évaluer et chiffrer les défaillances voir Annexe II.4 (Tableau II.4). II.8 Résultats : Les différents résultats de criticité qu on a pu relever à partir de l analyse AMDEC sont : Sous système Criticité Transport des palettes 96 Moulage et démoulage 84 Micro-onde 63 Traitement et préparation de la matière 44 première Lavage et nettoyage 36 Tableau II.5 : Tableau de criticité 19 Projet industriel de fin d études

35 Analyse des modes de défaillance de la ligne de moulage Les défauts qui demandent des remèdes urgents sont : Transport de palette moulage et démoulage des pains de sucre les micros ondes III. Description de situation actuel III.1 Description du circuit de transport de palette III.1.1 SITUATION ET RÔLE : Le circuit transport de palette permet de connecter la machine KAUTZ avec les autres parties de la ligne. Il est constitué d une partie opérative qui assure la mobilité des palettes et l autre partie de commande dont la responsabilité est de rendre le processus automatique. Le transporteur de palette permet au pain de sucre de se déplacer dès son moulage dans la machine KAUTZ jusqu au déchargement par les têtes de Grappin. L image ci-dessous illustre la structure du circuit de transport ainsi que ses différents composants et le chemin pris lors de la mise en marche. Vers Flotmann Figure II.6 : Réseau de transport de palette 20 Projet industriel de fin d études

36 Analyse des modes de défaillance de la ligne de moulage III.1.2 ETAT ACTUEL : La plus grande majorité des problèmes sont causés par des couches de sucre qui se déposent sur les capteurs, les convoyeurs et les vérins (Figure II.4). Ces couches d une part, freinent le mouvement des vérins et convoyeur et d autre part créent des obstacles devant les capteurs et par conséquent limitent la communication et le fonctionnement de l automatisme. Ces dépôts de sucre se voient surtout au lieu d interaction et d échange entre la machine KAUTZ et le transporteur de palette (L axe linéaire). Figure II.7 : cumul de sucre sur l axe linéaire Le tableau suivant présente l impact des dépôts de sucre sur les composantes du transporteur de palettes et leur fonctionnement. Composante Effet de sucre Capteurs photoélectrique Non détectivité Vérin Difficulté de monter Palette Manque de propreté et de l hygiène Convoyeur Inclinaison de palette Augmenter frottement Tableau II.6 : Effets de sucre sur l axe linéaire III.2 Système de dosage de sucre : III.2.1 SITUATION ET RÔLE : Le poids de pains de sucre à la fin de moulage doit respecter l intervalle de tolérance [1990g, 2010g], et pour garder cette consigne, des balances de dosage ont été mises en place. L image suivante représente la partie responsable du dosage de sucre dans les moules : 21 Projet industriel de fin d études

37 Analyse des modes de défaillance de la ligne de moulage Cylindre de dosage Les trappes Cylindre de pesage Figure II.8 : Cylindre de dosage III.2.2 ETAT ACTUEL : Le poids des pains de sucre est une consigne primordiale qu il faut respecter pour rester dans la plage de tolérance et répondre aux exigences du client. Et pour que cette fonction puisse être faite, des cylindres de pesage munis des balances ont été placés avant la partie moulage. Chaque balance pèse un poids de 2kg avant de donner l ordre aux trappes pour s ouvrir et remplir les moules par le poids nécessaire. Mais lors du fonctionnement, plusieurs problèmes apparaissent, dont le cumule de sucre s avère comme cause principale. Les effets de résidu de sucre dans les cylindres de dosage produisent les effets suivants : Poids de sucre inférieur à la consigne donnée. Nécessité de tarage pour mettre à Zéro les balances. Les opérateurs ont recours à frapper les cylindres pour se débarrasser de sucre, ce qui diminue la durée de vie des jauges de contraintes. 22 Projet industriel de fin d études

38 Analyse des modes de défaillance de la ligne de moulage III.3 Micro-ondes III.3.1 SITUATION ET RÔLES : Les Micro-ondes s avèrent dans le processus de moulage de pains de sucre, afin de les sécher et leurs privé de l humidité et favoriser leur solidification. Ces micro-ondes se sont composées des éléments suivants : magnétrons, transformateurs et condensateurs pour le redressement. Figure II.9 : Armoire microonde Les microondes permettent la transformation de l énergie cinétique en énergie électromagnétique capable de générer la chaleur pour le chauffage du milieu intérieur. III.3.2 ETAT ACTUEL : Les changements de la température extérieure ou des niveaux de température extrêmes (< 5 C), peuvent créer un phénomène de condensation (sur appareillage électrique et électronique situé à l intérieur de l armoire) ou encore, provoquer des disfonctionnements en cycle de démarrage. 23 Projet industriel de fin d études

39 Analyse des modes de défaillance de la ligne de moulage Conclusion : Figure II.10 : Magnétron et plaque condensateurs défectueux Après l étude et la localisation des problèmes dans cette phase, le prochain chapitre est consacré à la proposition des solutions pour contourner ces défaillances et améliorer le fonctionnement de la machine. 24 Projet industriel de fin d études

40 Proposition des solutions pour la ligne de production Chapitre III : Proposition des solutions pour la ligne de production 25 Projet industriel de fin d études

41 Proposition des solutions pour la ligne de production Pour répondre aux exigences imposées et satisfaire le besoin attendu, il va falloir tenir compte de toutes les contraintes qu elles soient internes ou externes. On procède dans le présent chapitre à une analyse fonctionnelle pour présenter de manière plus détaillée le cahier des charges et les solutions que nous avons proposé pour y répondre. I. Analyse fonctionnelle : I.1 généralité : L analyse fonctionnelle est utilisée au début d un projet pour créer (conception) ou améliorer (reconception) un produit. Elle est un élément indispensable à sa bonne réalisation. Pour ce faire, on détermine les fonctions principales, les fonctions secondaires et les fonctions contraintes d un produit. Or, il est important de faire ce recensement afin d effectuer un dimensionnement correct des caractéristiques du produit. [3] I.2 Mise en évidence du but : Méthode «bête à corne» Cosumar Sucre La ligne de moulage de pain de sucre Mise en forme de sucre granule sous forme de pain de sucre Figure III.1 : diagramme Bête à corne 26 Projet industriel de fin d études

42 Proposition des solutions pour la ligne de production I.3 Définition des Milieux extérieurs : I.3.1. Diagramme de pieuvre : Opérateur Energie FC3 FC4 FC5 Milieu ambiant FC2 Ligne de moulage Norme de sécurité FC1 FP1 Sucre Procédé Figure III.2 : Diagramme pieuvre I.3.2 nomenclature des fonctions : Fonctions Principales FP1 FC1 FC2 FC3 FC4 FC5 Explications Respecter le procédé de mise en forme de sucre par la ligne de moulage Eviter les effets gênant du sucre sur la ligne de moulage Respecter les normes de sécurité alimenter la ligne en l énergie disponible Faciliter la manœuvre de la ligne de moulage pour l opérateur Résister aux milieux ambiants Tableau III.1 : tableaux des Fonctions I.4 Recherche des solutions : I.4.1. Diagramme FAST (Function Analysis System Technique) C est une méthode d analyse fonctionnelle interne, elle permet de transformer les fonctions de service en fonctions techniques, et de présenter les solutions techniques envisagées. 27 Projet industriel de fin d études

43 Proposition des solutions pour la ligne de production Figure III.5 : diagramme FAST 28 Projet industriel de fin d études

44 Proposition des solutions pour la ligne de production II. Dimensionnement et choix technique des composantes : Dans cette partie, nous allons procéder aux choix des différents composants des nouveaux systèmes apportés à la partie opérative. Or, le système existant doit subir des modifications par le changement d un certain nombre de composants, ou d effectuer des modifications dans le principe de fonctionnement. En effet, on va commencer par l explication des différents changements qu on doit apporter à notre système, avant de se lancer dans le dimensionnement et le choix des différents composants. II.1 Nettoyage de l axe linéaire : II.1.1 Cahier de charge : Le cumule de sucre sur l axe linéaire de la machine KAUTZ provoque plusieurs problèmes au niveau du fonctionnement : blocage des vérins de l axe linéaire, inclinaison des palettes et influence sur la propreté et l environnement de travail. Dans cette perspective nous aurions recours à concevoir un système capable de dégager les dépôts de sucre sur l axe linéaire et permet de réduire les pannes dues à ce phénomène. Ce système est composé d une partie hydraulique pour le lavage de l axe linéaire et une autre pneumatique pour enlever les molécules d eau. Il doit parcourir toute la longueur de l axe linéaire. II.1.2 Proposition des solutions : L étude de l état actuel de la machine et l analyse fonctionnelle (Annexe III.1) nous ont permis de définir deux solutions techniques : Première solution Système de nettoyage statique, composé de plusieurs buses installées sur toute la longueur de l axe linéaire. Deuxième solution La deuxième solution prévoit un nettoyeur de l axe linéaire à l aide deux buses l une pour lavage (éjecteur d eau) l autre pour le nettoyage à base d un souffleur d air. Ce système est doté d un élément permettant le balayage de la surface à nettoyer. 29 Projet industriel de fin d études

45 Proposition des solutions pour la ligne de production II.1.3 Les critères de choix : Le choix de la solution dépend d un grand nombre de critères, dans notre cas, le choix sera basé sur les critères suivants. coût la mise en œuvre et la maintenance La fiabilité Satisfaction du besoin Encombrement II.1.4 Choix de la solution : II Analyse multi critères : Les méthodes multicritères d aide à la décision regroupent des méthodes permettant d agréger plusieurs critères avec l objectif de sélectionner une ou plusieurs actions, options ou solutions. Pour le choix de l unité de traitement, nous utilisons la méthode WPM en se basant sur les critères décrits précédemment. [4] II Méthode WPM (Weight Product Method): C est une méthode de multiplication des ratios, après la notation des solutions par rapports aux critères, nous procédons au calcul d un ratio qui présente l importance d une solution par rapport aux autres pour un critère donné, le score final d une solution est la multiplication de ces ratios pour tous les critères. La solution est retenue si elle présente un score maximal. II Poids des critères : Le poids d un critère présente son importance dans le choix d une solution pour qu il réponde au mieux aux exigences de fonctionnement et d adaptation à l environnement. Des Brainstorming faits pendant une réunion avec l agent de maitrise et les opérateurs de la machine KAUTZ nous ont permet de remplir le tableau suivant (Tableau III.2). 30 Projet industriel de fin d études

46 Proposition des solutions pour la ligne de production Critère Poids Coût 15% Facilité de la mise en œuvre 10% Adaptation au milieu industriel 15% Satisfaction du besoin 50% Encombrement 10% Tableau III.2 : Tableau des poids des critères II Tableau de choix : Le tableau suivant présente l affectation des poids à chacune des deux solutions en fonction des critères tenus. La solution qui va être retenue est celle qui va obtenir le score maximale. Critères cout Facilité de mise en œuvre Adaptation au milieu industriel Satisfaire le besoin Encombrement Total Poids Solution Solution Tableau III.3 : scores des solutions Le tableau des choix nous a permis de choisir la deuxième solution qui répond plus à nos critères. II.1.5 Description de la solution adoptée : Les deux buses d eau et air se déplacent le long de l axe linéaire à l aide d un système visécrou : course de balayage : 3000mm (égale à la longueur de l axe linéaire) Vitesse de translation : 8m/min (vitesse de déplacement de palette) Pression d éjection d eau : 7bars Pression d éjection d air : 7bars L image suivante est une représentation 3D le déplacement du système de nettoyage dessiné sur le logiciel de simulation 3D CATIA V5R Projet industriel de fin d études

47 Proposition des solutions pour la ligne de production Accouplement Ejecteur d eau Support Moteur Palier Ejecteur D air Axe linéaire Figure III.6 : Dessin 3D du Système de nettoyage de l axe linéaire II.1.6 Dimensionnement et choix des composants : II Dimensionnement de la partie coulissante : Les éléments nécessaires pour mettre en translation le système sont : o Moteur monophasé asynchrone : P=0.9KW, N, o Axe linéaire : course: 3m, diamètre de la vis*pas =20*10 o Accouplement : Couple maximale admissible : 3N.m o Support Tout le calcul mécanique de choix des composants figure en annexe (Annexe III.3 Fiche de calcul 1) II Dimensionnement du circuit hydraulique : Pour réaliser le lavage nous avons dimensionné un circuit hydraulique permettant de créer une pression et un débit à la sortie, les éléments nécessaires sont : o Électropompe : débit=50l/min pression=10bars o Limiteur de pression : pression de tarage=8,4 bars o Flexibles : pression maximale admissible=10bars o Valve : pression de service=0.2-10bars o Réservoir : volume=20litres Tout le calcul est fait en annexe (Annexe III.4 Fiche de calcul 2) 32 Projet industriel de fin d études

48 Proposition des solutions pour la ligne de production II Dimensionnement du circuit pneumatique : Comme l usine est muni d une station pneumatique, le choix et le dimensionnement va concerner les éléments suivants : o Electrovanne : pression de service : bars, tension de commande 24V o Conduite : pression maximale=10bars Ces choix sont en détail dans l annexe (Annexe III.5 Fiche de calcul 3) II Choix des capteurs et actionneurs : Capteurs : Afin d assurer la sécurité des organes de notre système, un ensemble de capteurs est mis en disposition de l armoire de commande. Capteur Nature de signale de sortie Quantité capteur position initiale TOR 1 capteur position finale TOR 1 Capteur présence palette TOR 1 Capteur Evacuation palette TOR 1 Tableau III.4 : les capteurs du système de nettoyage de l axe linéaire Actionneurs : le tableau suivant représente les actionneurs misent en place Actionneurs Caractéristiques Quantité Moteur asynchrone pour le système vis-écrou Électropompe o P=0.9KW /220V o o Q=50l/min o P=10 bars Tableau III.5 : les actionneurs du système de nettoyage de l axe linéaire Projet industriel de fin d études

49 Proposition des solutions pour la ligne de production II.2 Système de nettoyage des cylindres de pesage : II.2.1 Cahier des charges : Le résidu de sucre dans les cylindres de pesages est un phénomène indésirable pour la mesure du poids de sucre, il provoque plusieurs problèmes notamment : Poids de sucre inférieur à la consigne (2Kg), Nécessité de tarage des balances chaque fois une variation de poids remarquée, Nettoyage manuel des cylindres. Pour réduire ces problèmes, la solution adopté est de crée un système pour le nettoyage des cylindres. Ce système consiste à assurer la translation verticale des brosses vers l intérieur et l extérieur des cylindres de pesages, en effet cette opération peut être assurée par un système de guidage glissière. (Figure III.7) Contrainte de fonctionnement : Mouvement de la brosse : Translation verticale suivant l axe Z ; Durée d aller-retour : 3s (durée d ouverture des trappes) ; La course est identique à la hauteur du cylindre de pesage (course de 30 cm). Paramètres géométriques : Diamètre de la brosse inférieur au diamètre du cylindre de pesage ; Axe de la brosse coaxiale avec l axe du cylindre de pesage. II.2.2 Propositions des solutions : La méthode d analyse fonctionnelle nous a permis de définir trois solutions (Annexe III.2) : techniques Première solution : Système de nettoyage par brosse qui permet leur rotation et translation vers l intérieure et l extérieure des cylindre de pesage. Deuxième solution : Système de nettoyage qui assure une translation vers l intérieure et l extérieure des cylindres de pesage. Troisième solution : Troisième solution proposées c est le nettoyage par air et l eau donc cette solution Consiste à placer des buses d air et d eau au-dessus des cylindres de pesage. 34 Projet industriel de fin d études

50 Proposition des solutions pour la ligne de production II.2.3. choix de la solution : Afin de trancher entre ces différents solutions, le tableau suivant montre les avantages et les inconvénients de chacune des solutions. Solutions Avantages Inconvénients Première solution Satisfait-le besoin Cout élevé Rendement meilleur Système encombrant Mise en œuvre et maintenance difficile Deuxième solution Satisfait-le besoin Cout relativement Mise en œuvre et élevé maintenance facile Troisième solution Satisfait-le besoin Influe sur le Faible cout pourcentage de l humidité de sucre Tableau III.6 : Avantages et inconvénients des diverses solutions II.2.4 description de la solution adoptée : L évacuation de résidu de sucre se fait à l aide des brosses faisant un mouvement de translation assuré par deux vérins verticaux. La vitesse de translation est de 6m/min avec un poids à supporter de 31,4 kg et une force de frottement de 144N. Figure III.7 : Dessin 3D du système de nettoyage des cylindres de pesage 35 Projet industriel de fin d études

51 Proposition des solutions pour la ligne de production II.2.5.dimmensionnement et choix des composantes : II dimensionnement de la liaison glissière : Schéma Cinématique de la liaison glissière : Le guidage de notre système est assuré par l association de deux liaisons pivot d axe x. Figure III.8 : Schéma cinématique de la liaison glissière Les deux liaisons simples 1et 2 sont définies de la façon suivante : L1 : pivot glissant d axe (A, X) L2 : pivot glissant d axe (B, X). On considère la liaison L1, 2 équivalente aux deux liaisons en parallèle L1 et L2. Liaison glissière avec jeu et sans frottement : Il est nécessaire de prévoir un jeu de fonctionnement dans la liaison, afin de prévenir le serrage entre l arbre et le palier. Ce jeu doit permettre également la création d un film d huile et éviter ainsi le frottement direct métal sur métal, aussi lors de l usinage des pièces, il est impossible d avoir une tolérance nulle. 36 Projet industriel de fin d études

52 Proposition des solutions pour la ligne de production Déplacement maximal en translation Figure III.9 : description du déplacement maximal en translation Cette liaison glissière est caractérisée par l ajustement suivant : Ф20H8f7. Calcule de jr : Apres tout calcul fait (Annexe III.6 fiche de calcul 4), On écrira jr=0,089mmdonc il existe une longueur (optimale) L pour l alésage de façon que dµ soit acceptable pour le reste de la construction. Détermination de L : Le calcul (Annexe III.6 fiche de calcul 4) nous a donné le résultat suivant: 1,5Ф<L<2Ф On choisit L=35mm avec un diamètre Ф= 20mm Déplacement maximale dµ : Le calcul nous donne le déplacement maximale dµ =0,00211 mm, cette valeur tolérable pour le système de guidage. Vérification du risque d arc-boutement : Figure III.10 : phénomène d arc-boutement 37 Projet industriel de fin d études

53 Proposition des solutions pour la ligne de production Le phénomène d arc-boutement est ici à exclure puisqu il empêche le déplacement du système et empêche sa translation. [5] On évite ce phénomène avec une longueur de guidage L suffisamment élevée. Condition de non arc-boutement pour un jeu donné : f : Coefficient d adhérence entre les surfaces de contact (Acier / acier : 0,2) L : Longueur du guidage L=35mm d : Distance entre la direction de l action mécanique et l axe de la liaison La tendance à l arc-boutement entraîne un déplacement saccadé du coulisseau. Dans notre cas : d=87,5mm en effet on doit appliquer la force à une distance inférieure de 87,5mm. II dimensionnement des vérins : Les vérins supportent une charge estimée à 10Kg chacun, avec une vitesse de descente égale à 6m/min (assurer le temps d ouverture et de fermeture des trappes) et la force de nettoyage est de 144N. Le calcul donne (Annexe III.7 fiche de calcul 5) les caractéristiques suivantes : Diamètre de piston : 20mm Course : 30cm Vérification de la Tenue au flambement : La vérification de la tenue au flambement s effectue en assimilant le vérin complètement ouvert à un cylindre de diamètre de la tige Apres tout calcul fait(annexe III fiche de calcul5) :La force critique d euler est de 12KN, par conséquent les dimensions de la poutre choisie sont suffisantes et résistent parfaitement aux charges appliquées qui sont de l ordre de 144N.avec : Pc : charge critique d Euler ( ) E : module de Young (210GGpa pour l acier) I : moment quadratique L : longueur de la poutre 400mm II Choix des capteurs & actionneurs : Capteurs : Afin d assurer la sécurité des organes de notre système, un ensemble de capteurs est mis en disposition de l armoire de commande. Capteur Nature de signale de sortie Quantité FC1 : fin de course niveau TOR 1 haut FC2 : fin de course niveau TOR 1 bas Tableau III.7 : les capteurs du système de nettoyage des cylindres de pesage de sucre 38 Projet industriel de fin d études

54 Proposition des solutions pour la ligne de production Actionneurs : Actionneurs Caractéristiques Quantité Vérin double effet Course de 30 cm 2 Diamètre de piston : 20mm Tableau III.8 : les actionneurs du système de nettoyage des cylindres de pesage de sucre II.3 Partie électrique : II.3.1 Présentation de l armoire de commande existante : Plusieurs armoires de commande ont été mises en place pour commander les soussystèmes des lignes de moulage et les alimenter en énergie électrique. Chaque armoire doit posséder : Un module de puissance Un module de commande Un module de sécurité API Bloc d alimentation Disjoncteur Bloc relais Figure III.11 : Armoire de commande existante II.3.2.choix des composantes électriques pour les nouveaux systèmes : Pour la commande des nouveaux systèmes nous avons besoin des équipements électriques suivant (Annexe VI.1) : 39 Projet industriel de fin d études

55 Proposition des solutions pour la ligne de production Disjoncteur : Un disjoncteur est un dispositif électromécanique, voire électronique, de protection dont la fonction est d'interrompre le courant électrique en cas d'incident sur un circuit électrique. Il est capable d'interrompre un courant de surcharge ou un courant de court-circuit dans une installation. Pour pouvoir effectuer le choix d un disjoncteur, il faut déterminer 3 facteurs : Le type du disjoncteur : bipolaire, tripolaire Évaluer le courant d emploi du composant à protégé Déterminer le pouvoir de coupure en calculant le courant de court-circuit Relais électromagnétique d interface : Le relais électromagnétique d interface permet une isolation électrique entre les entrées et les Sorties de l automate et ceux du système. Il permet de protéger l automate lors d un problème dans un capteur ou bien un actionneur. Pour cette raison nous allons utiliser ce composant dans le câblage de notre système. La partie de commande nécessite : 8 relais d interface 24V, utilisés pour la protection des sorties d API En se basant sur le référentiel (base de données des pièces de rechange) de la société nous Choisissons comme type de relais : Relais 24 V, de référence : 3TX7002-3AB01 de la marque Siemens Bloc d alimentation : Figure III.12 : Relais d interface 24V Nous choisissons un module d alimentation, qui peut supporter la charge maximale des modules d automate. Le courant absorbé par un relais d interface est Ir=0,5 A Seul dans le cas d essai lampes, nous aurons sorties fonctionnent à la fois, le courant absorbé par les relais sera : It=8*Ir Donc le courant maximale qui peut être absorbé par les composants de l API est It=4 A. 40 Projet industriel de fin d études

56 Proposition des solutions pour la ligne de production Donc nous aurons besoin d une alimentation stabilisée de caractéristiques : Tension d entrées : 220v AC 50Hz. Tension de sorties : 24 V DC / 5 A. Figure III.13 : bloc d alimentation de la marque siemens II.3.3 Choix de l unité de commande : L unité de commande doit lire les informations issues des capteurs et commander les actionneurs (pré-actionneurs) afin de bien gérer le bon fonctionnement de la machine. Le choix de l unité de commande est fixé sur l API de la marque Siemens pour les raisons suivantes : possibilité d ajouter des cartes d entrées sorties (c est le cas de notre projet) La facilité de maintenance Le personnel est formé sur ces API La facilité de mise en œuvre L utilisation des API de la marque Siemens dans la totalité de l usine II Généralité sur les automates programmables industriels : La définition est donnée par la norme NFC «Appareil électronique qui comporte une mémoire programmable par un utilisateur automaticien (et non informaticien) à l aide d un langage adapté, pour le stockage interne des instructions composant les fonctions d automatisme comme par exemple : Logique séquentielle et combinatoire Temporisation, comptage, décomptage, comparaison Calcul arithmétique Réglage, asservissement, régulation, etc., pour commander, mesurer et contrôler au moyen d entrés et de sorties (logique, numériques ou analogiques) différentes sortes de machines ou de processus, en environnement industriel.» II Choix des composants de l API : L unité centrale est le cœur de l automate programmable industriel, elle comporte un microprocesseur et de la mémoire qui permettent de définir sa capacité. Les critères essentiels de choix d une unité sont : La capacité de traitement du processeur. 41 Projet industriel de fin d études

57 Proposition des solutions pour la ligne de production Le besoin ou non d un port de communication réseau. Le type des entrées et des sorties : les entrées et les sorties peuvent être : o Logiques : entrées ou sorties tout ou rien (TOR). o Analogiques : entrées ou sorties (4 à 20 ma ou -10 à +10V). o Numériques : comptage rapide sur un codeur. Le nombre des entrées/sorties : c est un paramètre primordiale à prendre en compte Pour choisir un automate, il y pourra avoir un bloc de base et des extensions ; ou une unité et des cartes des entrées/sorties. Les caractéristiques exigées par la partie commande sont : Capacité de traitement du processeur : unité de traitement rapide, mémoire de Sauvegarde du programme de type EEPROM; Types et nombre des entrées/sorties : O Les entrées : 9 entrées logiques O Les sorties : 8 sorties logiques La ligne est commandée par un automate SIMATIC S7 300 CPU 313 C, de référence : 6ES BG04-0AB0 Nous allons ajouter une carte d entrées/sorties, de référence : 6ES BL00-0AA0 Figure III.14. : CPU 313C de la marque Siemens Figure III.15 : Carte d E/S de la marque Siemens II.1.3 Gestion thermique à l intérieure de l armoire des microondes : Afin d avoir une continuité de service et d accroitre la durée de vie des composantes internes, aussi éviter les arrêts et disfonctionnement occasionnés par la variation de température ambiante, nous allons établir une analyse des conditions thermique de l armoire de microonde. 42 Projet industriel de fin d études

58 Proposition des solutions pour la ligne de production Pour avoir une solution optimale, on établit d abord une étude de transfert thermique, puis nous vérifions cela à l aide du logiciel ProClima V5 qui nous donnera par la suite une solution recommandé par le constructeur. [9] Etude transfert thermique : Dans un premier temps nous allons effectuer des mesure de températures à l intérieure et à l extérieure de notre armoire microonde et cela par un thermomètre infrarouge sans contact, puis nous allons calculer la puissance calorifique nécessaire. Après tout calcul fait (voir Annexe VI.8), La puissance calorifique nécessaire est de l ordre de 2254,23 W Vérification du résultat par ProClima V5 : Les étapes sont décrites en Annexe La puissance calorifique nécessaire est 2254 W Solution adopté : Les résistances chauffantes : Elles sont le meilleur moyen de prévenir la formation de condensation ou d humidité à l intérieur de l'armoire ou encore de protéger l installation des ambiances froides ou très froides. Contrôle d humidité : L utilisation de contrôleurs thermiques, type thermostats ou hygrostats, aide à stabiliser les conditions de température et d humidité à l intérieur de l armoire. Ils permettent également d optimiser la consommation énergétique nécessaire pour conserver de bonnes conditions thermiques. Figure III.16 : hygrostat réglable Figure III.17 : résistance chauffante 43 Projet industriel de fin d études

59 Proposition des solutions pour la ligne de production Conclusion : Après le dimensionnement et les calcul faits durant ce chapitre qui ont attribué au choix des composants du système de nettoyage de l axe linéaire et du système de nettoyage des cylindres de pesage aussi que la gestion thermique de l armoire de microonde, nous nous focaliserons dans le prochain chapitre sur la commande et l implantation des deux systèmes dans le programme de la KAUTZ pour une meilleure synchronisation entre les différentes parties de la machine. 44 Projet industriel de fin d études

60 Reprogrammation et interface de supervision Chapitre IV : Reprogrammation et interface de supervision 45 Projet industriel de fin d études

61 Reprogrammation et interface de supervision Dans ce chapitre, nous allons développer le programme de commande et de supervision pour la nouvelle architecture de la machine Kautz. Tout d abord nous allons modéliser graphiquement le fonctionnement de cette nouvelle structure à l aide de l outil GRAFCET (Graphe Fonctionnel de Commande Etape-Transition), puis nous allons présenter les interfaces de supervision. I. Architecture de commande et supervision (SCADA) La communication ente la nouvelle structure de la machine Kautz et l automate programmable industriel est fait grâce aux capteurs/actionneurs. API Partie opérative Dialogue homme/machine Figure IV.1 : Architecture de commande et supervision 46 Projet industriel de fin d études

62 Reprogrammation et interface de supervision L API va commander les systèmes de nettoyage conçus grâce aux entrées/sorties et on même temps va communiquer avec l écran tactile de supervision grâce aux variable pour assurer à l opérateur la lisibilité du fonctionnement de la machine. II. GRAFCET: Graphe Fonctionnel de Commande Etapes-Transitions : Le Grafcet est un mode de représentation et d'analyse d'un automatisme, particulièrement bien adapté aux systèmes à évolution séquentielle, c'est-à-dire décomposable en étapes. Le Grafcet est donc un langage graphique représentant le fonctionnement d'un automatisme par un ensemble : Des étapes auxquelles sont associées des actions ; Des transitions entre étapes auxquelles sont associées des conditions de transition (réceptivités) ; Des liaisons orientées entre les étapes et les transitions. Son nom est l'acronyme à la fois de «graphe fonctionnel de commande étapes /transitions» et de «graphe du groupe AFCET (Association française pour la cybernétique économique et technique)». [6] Dans l automatisme de système de fonctionnement de la ligne de moulage pain de sucre, nous allons adopter une décomposition du système en un ensemble de sous-systèmes, dont le fonctionnement de chacun d eux est décrit par un Grafcet élémentaire. La décomposition du système est basée sur la cohérence temporelle, la dépendance des événements, et la nature du mode de fonctionnement, à cet effet, nous présentons: Grafcet modifié de fonctionnement de la machine Kautz (voir Annexe IV.1) ; Grafcet de transport des palettes (voir Annexe IV.2) ; Grafcet du système de nettoyage de l axe linéaire. (voir Annexe IV.3). II.1 Grafcet du système de nettoyage de l axe linéaire : II.1.1 Principe de fonctionnement : L avance et nettoyage de la palette à l entrée de la machine KAUTZ Le cycle commence dès l arrivée de la palette à l entrée de la KAUTZ, une fois le capteur de présence de palette est mis à 1 S58.0 la porte des buses commence à se déplacer (commande moteur Y01+), les buses d éjection de l air et de l eau se mettent en marche 47 Projet industriel de fin d études

63 Reprogrammation et interface de supervision simultanément (Commande vanne hydraulique et pneumatique Y02 et Y03), la fin de translation est réaliser par une temporisation de 10.5 seconde. L avance et nettoyage de l axe linéaire Dans la deuxième étape, le système attend l évacuation de la palette vers les MWT (capteur S56.5) pour commencer à nettoyer toute la longueur de l axe linéaire (mise en marche moteur Y01+ et éjection d air et eau Y02 et Y03), la position finale est détectée par le Détecteur inductif. Recul à la position d attente Dans la troisième étape, le système revient à la position d attente (Marche moteur Y01), la position d attente est atteinte avec une temporisation de 10.5 secondes. Recul et nettoyage des rouleaux Le cycle de nettoyage se termine par le nettoyage des rouleaux de transport, action moteur Y01- et de nettoyage YO2 et Y Projet industriel de fin d études

64 Reprogrammation et interface de supervision Figure IV.2 : Grafcet niveau 1 du système de nettoyage de l axe linéaire II.2 Mise en équation de GRAFCET : Elle consiste à traduire le Grafcet d un système sous forme d équation en se basant sur un ensemble de règles (Figure IV.3), ces équations sont utilisées par la suite pour établir un programme à base d un langage standardisé et compréhensible par l unité de commande (API dans notre cas). [7] 49 Projet industriel de fin d études

65 Reprogrammation et interface de supervision Pour qu'une étape soit activée il faut que : L'étape immédiatement précédente soit active ; La réceptivité immédiatement précédente soit vraie ; L'étape immédiatement suivante soit non active ; Après activation l'étape mémorise son état. Figure IV.3 : mise en équation de l étape n 50 Projet industriel de fin d études

66 Reprogrammation et interface de supervision Exemple de mise en œuvre de Grafcet du système de nettoyage de l axe linéaire: Grafcet : Mise en œuvre : = (.S01+ ). S01 : position initiale MR : Bouton Marche S58.0 : présence palette = ( MR.S58.0.S01+ ). Y01+ : Marche moteur sens direct Y02 : Pilote distributeur : jet d eau Y03 : Pilote distributeur : jet d air =(. + ). : temporisation (position d attente) 10s = (.S56.5+ ). S56.5 : palette évacué vers microonde = (.S02+ ). S02 : fin de nettoyage de l axe linéaire =(. + ). YO1- : Marche moteur sens inverse : temporisation (position d attente) 10s = (. + ). : temporisation (position d attente) 10s Figure IV.4 : Mise en équation de Grafcet de système de nettoyage de l axe linéaire 51 Projet industriel de fin d études

67 Reprogrammation et interface de supervision III. Reprogrammation de l API : La programmation de l automate nécessite l utilisation des matériels suivants : Un ordinateur ou console de programmation. Un logiciel de programmation. Un câble de transferts de données. Figure IV.5 : les différents composants pour la commande d une machine III.1 Logiciel de programmation STEP 7: Le logiciel STEP7 permet l'accès "de base" aux automates Siemens. Il permet de programmer individuellement un automate (en différents langages). Il prend également en compte le réseau des automates, ce qui permet d'accéder à tous les automates du réseau (pour le programmer), et éventuellement aux automates de s'envoyer des messages entre eux. [8] III.2 Configuration matériel : Avant de commencer l édition d un programme dans le logiciel STEP7, nous allons débuter par la configuration matérielle, c est une étape permettant de décrire les propriétés de l API et de ces composants. Dans le paragraphe «choix des composants» chapitre II, nous avons mis le choix sur un API de caractéristiques : 52 Projet industriel de fin d études

68 Reprogrammation et interface de supervision Référence de CPU : 6ES BG04-0AB0 Référence de module d entrées/sorties : 6ES BL00-0AA0 Une bonne configuration nous permet de vérifier l état du matériel, et de visualiser l état des entrées et des sorties lors de la connexion de l API avec le console de programmation (ou PC). L image ci-dessous montre la configuration matérielle prise pour notre API E/S logiques Unité centrale E/S analogiques Bloc d E/S externe III.3 Conception du programme: Figure IV.6 : configuration matériel dans STEP7 STEP 7 est un outil de conception de programmes pour les systèmes d automatisation SIMATIC S7-300/400 dans les langages de programmation CONT, LOG ou LIST. Langage CONT : C est un langage dit à contact, il ressemble aux schémas électriques, et permet de transformer rapidement un ancien programme à base des relais électromécaniques, cette façon de programmer permet une approche visuelle du problème. Langage LIST C est un langage de programmation à instruction. Langage LOG C est langage qui utilise des blocs prédéfinis. Pour l API, nous avons opté pour le langage à contact en raison de sa simplicité à l utilisation Exemple de programmation : Programme du système de nettoyage de l axe linéaire : 53 Projet industriel de fin d études

69 Reprogrammation et interface de supervision 54 Projet industriel de fin d études

70 Reprogrammation et interface de supervision Figure IV.7 : programmation du système de nettoyage de l axe linéaire IV. Conception de l interface de supervision : L interface de supervision permet à l opérateur de superviser et de contrôler un système automatisé. Elle permet d afficher les informations concernant l état du processus de production et d envoyer les ordres de commande et les paramètres de production vers les prés actionneurs. IV.1 Principe : L interface de supervision est constituée d un ensemble d objets (images, champs de saisi et d affichage, boutons, messages, variables), chaque objet est affecté à une variable. Le changement d état de ces objets (affichage, clignotement, changement de couleur, etc ) est conditionné par les valeurs de ses variables. IV.2 Logiciel de supervision WinCC : Nous utilisons pour la supervision le logiciel WinCC Flexible 2008, il est l Interface Homme-Machine (IHM) idéale pour toutes les applications au pied de la machine et du processus dans la construction d installations, de machines et de machines de série. III.3 Interface de supervision : Les figures suivantes illustres les interfaces de supervision qui regroupent tous les options que nous avons faites sur les écrans de supervision, L écran principal de supervision du nettoyeur de l axe linéaire affiche les différents organes qui attribuent au fonctionnement, il contient aussi des zones d affichages des états et des messages d erreurs. 55 Projet industriel de fin d études

71 Reprogrammation et interface de supervision Figure IV.8 : Ecran de supervision du système de nettoyage de l axe linéaire L écran suivant permet le contrôle et la supervision de l état des vérins niveau haut et niveau bas, il permet aussi de commander manuellement la sortie et la rentrée des tiges. Figure IV.9 : Ecran de supervision du système de nettoyage des cylindres de pesage 56 Projet industriel de fin d études

72 Reprogrammation et interface de supervision Conclusion : Dans ce chapitre nous avons présenté les différents Grafcet utilisés afin d assurer la bonne commande des systèmes, nous avons ajouté des interfaces de supervision pour faciliter la communication homme-machine. Dans le prochain chapitre nous allons établir une étude économique pour déterminer le budget d investissement nécessaire et le gain du projet. 57 Projet industriel de fin d études

73 Reprogrammation et interface de supervision Chapitre V : Etude économique du projet 58 Projet industriel de fin d études

74 Etude économique du projet Avant de se lancer dans un projet d investissement il faut juger et évaluer sa rentabilité. Pour faire un choix judicieux et prendre des décisions pertinentes adaptées aux objectifs stratégiques de l entreprise nous allons présenter dans ce chapitre le manque à gagner suite aux arrêts ayant lieu sur la ligne de production et aussi nous allons calculer le budget nécessaire pour la réalisation du projet. I. Manque à gagner : I.1 Manque à gagner pour l axe linéaire : En se penchant sur le fonctionnement de la machine KAUTZ, on se rend compte qu'elle ne peut travailler durant toute la durée d'ouverture du poste. Il y a nécessairement des pannes et des micro-arrêts qui provoquent l arrêt de la production. La disponibilité d'un équipement ou d'un système est une mesure de performance qu'on obtient en divisant la durée durant laquelle l équipement ou système est opérationnel par la durée totale durant laquelle on aurait souhaité qu'il le soit. On exprime classiquement ce ratio sous forme de pourcentage. [10] Le taux de disponibilité = En se basant sur les fiches acquises durant le suivi de la machine KAUTZ nous avons calculé un temps d arrêt moyen de 10 minutes par quatre heures : Ce qui signifie une disponibilité de 95.83% Ce résultat va nous être utile pour la détermination du manque à gagner du aux arrêts répétitifs de l axe linéaire. Manque à gagner en heures La capacité assignée de la machine KAUTZ est de 35 tonnes/8 heures La capacité réelle est de : 24 tonnes/8 heures Alors le rendement de la machine KAUTZ est : Application numérique : 59 Projet industriel de fin d études

75 Etude économique du projet Le rendement de la machine KAUTZ est de 68.57%. Pour calculer le manque à gagner du aux arrêts de l axe linéaire, nous avons besoin des données suivantes : La capacité réelle de production de la KAUTZ : P r = 35 tonnes/poste L indisponibilité du aux arrêts de l axe linéaire : I=4.16% Le rendement de la machine : 68.57% Le manque à gagner en matière de production est de : Application numérique : par 8 heures Manque à gagner en Dirhams Maintenant on va convertir ce manque à gagner en dirhams: Dans le temps d arrêts on a la possibilité de produire : 340 pains par poste Le prix maximum de pain à la sortie de l usine est de : DHs La manque à gagner en dirhams par poste est de : DHs Le manque à gagner journalier est de : 10,216.32DHs Le manque à gagner mensuel : 306,489.60DHs I.2 Manque à gagner pour le système pesage de sucre : I Les problèmes de pesage de sucre peuvent être traduits par le nombre de pains dont le poids est en dehors de l intervalle [1900g, 2100g], ce qui présente d une part une insatisfaction de client et d autre part un rebut pour l usine. Pour chiffrer ces pertes, nous avons effectué un suivi pour remplir le tableau suivant sur une période de 8 heures : 60 Projet industriel de fin d études

76 Etude économique du projet Tableau V.1 : nombre de palettes ayant pain non conforme Le nombre moyens des défectueux est : 2.5 palettes Manque à gagner en dirhams Sachant que le prix de pain maximum à la sortie de l usine est de Dhs, les rebuts de sucre non conformes sont équivalents à Dhs par 8heures. Le manque à gagner journalier est de : Dhs Le manque à gagner mensuel est de : 180,288.00Dhs I.3 Manque à gagner pour les micro-ondes : Les microondes dans l usine pain pack provoque un gaspillage important de budget, les tableaux suivants présentent les pertes en termes de budget pour les magnétrons et les transformateurs pour les quatre lignes de l usine «PAIN PACK». Consommation des magnétrons Tableau V.2 : La consommation mensuelle des magnétrons 61 Projet industriel de fin d études

77 Etude économique du projet Figure V.1 : Graphe de la consommation mensuelle des magnétrons La quantité moyenne mensuelle consommée des magnétrons par ligne est : 12 magnétrons. Sachant que le prix unitaire du magnétron est de DHs La consommation mensuelle par ligne est : 25,459.56Dhs. Consommations des Transformateur : Tableau V.3 : La consommation mensuelle des transformateurs 62 Projet industriel de fin d études